在1.4—300K温度下磁化率的快速测量装置
振动样品磁强计
振动样品磁强计振动样品磁强计振动样品磁强计(Vibrating Sample Magnetometer,VSM)是测量材料磁性的重要手段之一，广泛应用于各种铁磁、亚铁磁、反铁磁、顺磁和抗磁材料的磁特性研究中，它包括对稀土永磁材料、铁氧体材料、非晶和准晶材料、超导材料、合金、化合物及生物蛋白质的磁性研究等等。
它可测量磁性材料的基本磁性能，如磁化曲线，磁滞回线，退磁曲线，热磁曲线等，得到相应的各种磁学参数，如饱和磁化强度M s，剩余磁化强度，矫顽力H c，最大磁能积，居里温度，磁导率（包括初始磁导率）等，对粉末、颗粒、薄膜、液体、块状等磁性材料样品均可测量。
一、实验目的1、了解磁性材料的分类和基本磁学参数。
2、了解振动样品磁强计的工作原理和仪器组成结构。
3、测量两种材料样品的磁滞回线，计算相关的磁学参数。
二、VSM的仪器结构与工作原理1、VSM的仪器结构振动样品磁强计主要由电磁铁系统、样品强迫振动系统和信号检测系统组成。
图1、图2所示的为两种类型的VSM原理结构示意图，两者的区别仅在于：①前者为空芯线圈（磁场线圈）在扫描电源的激励下产生磁场H，后者则是由电磁铁和扫描电源产生磁场H。
因此，前者为弱场而后者为强场。
②前者的磁场H正比于激磁电流I，故其H的度量将由取样电阻R上的电压标注，而后者由于H和I的非线性关系，H必须用高斯计直接测量。
振动系统：为使样品能在磁场中做等幅强迫振动，需要有振动系统推动。
系统应保证频率与振幅稳定。
显然适当的提高频率和增大振幅对获取信号有利，但为防止在样品中出现涡流效应和样品过分位移，频率和幅值多数设计在200Hz和1mm以下。
低频小幅振动一般采用两种方式产生：一种是用马达带动机械结构传动；另一种是采用扬声器结构用电信号推动。
前者带动负载能力强并且容易保证振幅和频率稳定，后者结构轻便，改变频率和幅值容易，外控方便，受控后也可以保证振幅和频率稳定。
因为仪器应仅探测由样品磁性产生的单一固定的频率信号，与这频率不同的信号可由选频放大器和锁相放大器消除。
低温物理实验技术
对 流 热 交 换 器
压机
节流阀
阀门 杜瓦容器
图 4-0-1
林德机
种液化气的沸点温度 表 4-0-1 气体种类 O2 N2 H2 Ne 27.102
4
He
3
He
沸点温度 K 90.188 77.344 20.27
4.222
3.197
2. 利用制冷机循环来获得低温 利用液氮、液氦来使物体降温，要使用较为复杂的恒温器，同时又要消耗较多的液氮 和液氦。我国的氦资源较少，教学实验或一般测试，由于代价过高，难于广泛使用。故采 用封闭循环的小型制冷机来获取低温。 实验用的小型制冷机有 G-M 制冷机、 ST 制冷机、 SV 制冷机、VM 制冷机等。基本工作原理都是将高压氦气经绝热放气过程而实现降温，仅结构 和循环过程有所不同。它们的工作温度范围一般为 300K～10K，或再稍低一些。4.2K 以下 的低温可以利用减压降温使液氦进一步降温，或用稀释制冷机和绝热去磁法等。目前获得 的最低温度是mK 级，而能进行实验测试的低温是 2mK。
B C H1 H2 R
S
T
于低温液体的所需要的实验温度。 加热器 H 2 的作用 图 4-0-3 高真空绝热恒温器 是用它控制辐射屏的温度与样品温度一致，以减小 对样品的辐射漏热。高真空绝热恒温器的优点是： • 漏热小，因此可以精确地计量对样品升温所提供的热量；‚ 样品内温度均匀；ƒ 周围 环境变化对样品无影响，恒温时温度稳定；„ 样品升温时，低温液体消耗很少。 (3) 漏热式恒温器(见实验 4-1-2) 2. 低温温度测量 温度测量是低温物理实验中首要和基本的测量。各种温度测量方法有不同的原理、测 量范围、测量精度。应根据具体测试要求来选择。下面介绍几种常用的测温方法。 (1) 蒸汽压温度计 蒸汽压温度计是利用液态气体的饱和蒸汽压与温度的对应关系而制成的。将感温泡放 在待测点处，用压力传送管接到压力计上读出蒸汽压，查表即得温度。此温度计测量的温 区较窄，但是感温泡体积小，且不需进行修正，故仍经常使用。 (2) 热电偶温度计 热电偶温度计的基本原理是物理中的塞贝克效应。两根不同金属的细线如图 4-0-4 那 样连接起来，若两接点的温度 T1 ¹ T2 ，在回路中就会产生温差电势。温差电势的大小取决于
FE-2100AM磁偏角测试装置
FE-2100AM磁偏角测试装置一、市场背景：随着对NdFeB元件的充磁角度要求的不断提高，生产开发出满足国内市场需求的磁偏角测量装置显得尤为迫切，一般欧洲用户对主轴磁偏角的控制要求达到3°以下。
湖南省永逸科技有限公司，作为国内最前沿的磁测量设备开发研制和供应商，很早就前瞻了该产品的需求，自2010年开始代理销售德国matesy公司生产的M-axis磁偏角测试系统以来，完成了部分国内大型企业的磁偏角测试的需求，如安泰科技、中科三环等上市企业等。
M-axis磁偏角测试系统由于采用了新的测试方法设计，遥遥领先传统型的线圈测量设备。
完善传统型磁偏角测量设备，让更多的用户能使用上磁偏角测试设备显得尤为重要。
二、技术背景：研制能满足NdFeB材料主轴磁偏角测量要求的设备，传统型设备采用测试三个方向的磁通量来完成，分别乘以线圈对应的常数，得到各个分量的分磁矩，通过磁矩分量计算出主轴偏角这个重要的品质指标。
要完善该设备的测试能力，主要需要完成以下几个方面的工作：1、必须研制出低漂移的磁通计：国内目前市面所销售的磁通计，漂移都比较大，按每分钟漂移统计，一般都在10uWb/分钟以上，并且一旦开始漂移，磁通计失控，漂移越来越快，没有办法继续使用，需要对磁通计进行重新漂移调整。
部分企业推出无漂移的磁通计，笔者检验过，并非是数字磁通计，而是对波动进行了限制的产品，这在准确度上是无法保证测量的。
好的磁通计判断的方法是：将磁体在亥姆霍兹线圈中来回移动，最后将磁体移除线圈，最后所得到的磁通量都应该是一个定值，用户可以采用这样的方法进行磁通计的检验。
2、必须加工出线圈常数标定准确的三维亥姆霍兹线圈，线圈常数的准确，需要采用高标准的磁通计传递或高标准的伏秒发生器进行标定，线圈常数标定不准确，无法满足磁偏角测量的准确性。
当然，如果不考虑材料磁矩测量的准确性，采用磁钢的磁矩传递，校正三个线圈常数未知，但线圈常数一致的方形线圈测量磁偏角从原理上看也是可行的。
在开磁路中测量磁性材料矫顽力(至160kAm)的方法-最新国标
在开磁路中测量磁性材料矫顽力（至160 kA/m）的方法1 范围本文件规定了开磁路中测量磁性材料矫顽力的方法。
本文件适用于矫顽力0.2 A/m至160 kA/m的所有磁性材料。
测量的矫顽力低于40A/m、高电导率材料以及非椭圆形的试样，应采用特殊措施（见附录A）。
注：适用于本文件的磁性材料有软磁材料（如，铁、低碳钢、硅钢、其他钢、镍铁合金、铁钴合金、粉末冶金技术制成的软磁材料、非晶软磁材料、纳米晶软磁材料）和硬磁材料（如，磁致伸缩合金、永（硬）磁合金、永（硬）磁陶瓷、其他永（硬）磁材料、粘结（硬）磁材料）[1,2]。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 2900.60 电工术语电磁学(GB/T 2900.60—2002，IEC 60050-121:1998，IDT）GB/T 9637 电工术语磁性材料与元件（GB/T 9637—2001，IEC 60050-221:1990，IDT）3 术语和定义GB/T 2900.60和GB/T 9637界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
退磁 demagnetize沿退磁曲线减小被磁化的材料的磁通密度。
注：矫顽力H cB和矫顽力H cJ的辨别依据B = f (H)坐标系或J = f (H)坐标系中定义的磁滞回线(见图1)。
可以发现，对于在B = 0区域磁导率斜率大的材料，矫顽力H cJ和矫顽力H cB之间的差别可以忽略不计，H cB按式(1)计算。
) (1)H cB=H cJ(1−μ0∆H∆B式中：H cB——磁通密度矫顽力，单位为安培每米（A/m）；H cJ——磁极化强度矫顽力，单位为安培每米（A/m）；∆B——磁通密度的增量（B = 0区域），单位为特斯拉（T）；∆H——磁场强度的相应变化量，单位为安培每米（A/m）；μ0——磁常数（真空磁导率），μ0=4π×l0-7H/m。
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国外计量
年第期
在1.4一0温
度下磁化率
的
快速测量装置
.
兀
江
。二
等
采用交流互感电桥来测量磁化率,是由哈
茨霍恩提出来的「”,这是目前最简单、最常
用
的测量方法之一。绝大部分测量仪的灵敏度为
一。一”~10一7CGS
M
电磁单位〔“一`’。虽然所介绍
的量仪很多。但是,可以在较宽的交流频率范
围
内,从液氦温度至室温均能相当有效地进行
测量的仪器是很少的
「“.“’
。
本文介绍的一种装置,可用于14~20
K
温度范围内采用哈茨霍恩互感电桥法来测量磁
化率。利用此装置时,可以直接在搬运式液氦
或液氮的杜瓦瓶中进行快速测量,而致冷剂的
消耗量很少。残余信号的补偿,可在相当宽的频率范围(17一6000zH)内和测量缘圈的不同温度数值(1.4~30oK)下进行。该装置由两个基本部分组成,磁化率测量仪和放人cTr一40(cTr一25)型搬输式器皿内的杜瓦瓶套。测量器的结构如图1所示。样品紧固于蓝宝石冷却管上,后者还同时装有加热器和锗电阻温度计。矩形泵能确保测量仪内部空间的真空状态。测量线圈部分由两对互感线圈组成,各线圈的参数列于表中。一次和二次线圈用接地导线屏蔽来分开。本文所用的线圈,其长度与直径之比值、4。这就能保证、8mm范围的磁场均匀(不均匀度<2%),以便使用相应尺寸的样品。橡胶密封不等钢管邵现瓢`环麟耳感线圈犷上摇!矩形泵/)七兰全矩等塑竺每铜镍合金管尹尸尹一占贮屏蔽板储电阻温度计_加热器一冷却管样品小抢卜!
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牛卜阀
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二二
圈体
刁
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图1磁化率测量仪的结构
传动杆可将样品沿着测量线圈的轴线移
动,因而在试验过程中可使桥路平衡,并能将样
线圈…匝数
一
导线型号及直
径
(mm)
线圈电
感
(mH)
测量磁场与电流的比
值
(mT/A)
一次线圈
二次线圈
1200n3几1110,0。08
563B一,。一5一00120071
1
钻从测量线圈的灵敏区内移出。不放样品时,调节一次线圈电路的电流使电桥平衡。残余信号补偿电路(图2),可以单独地改变任一个一次线圈中的电流幅值和相位。当样品放入一对测量线圈中时,二次电路产生的失调信号正比于样品的磁化率。试验表明,当磁化率为5xio一3~o.ZCGSM电磁单位时,失调信号和磁化率呈比例关系。将试验线匝放人其中一对测量线圈中,并改变交流幅值即可进行校验。装置的校准和用鉴相器作相位调整,都是在T=4.2K时以超导铅标准试样来进行的。图2所示的框图,可使残余信号补偿到决定装置灵敏度的噪声值。输人放大器输入端的噪声大小与频率有关。最适合于本装置测量的频率范围为17~150oH:。在此频段上的噪声值、Zonv/H:“,,而装置的灵敏度以磁化率计为5xlo一吕cGsM电磁单位。在15~6kHz频率下测量时,当频率为6kHz时,灵敏度下降到4x10一7CGSM电磁单位。在测量磁化率各值时,要使这些数值大大超过装置的灵敏度(2xio一’~o.ZccSM电磁单位),相对测量误差<0.5%。文献〔7〕介绍的这装置的区别是,该结构不可
能使热量从外部液氦沿阀体传到抽气空间
。
这
就允许利用ZHBP一5及M型低速预真空泵来获
得低到1。4K的温度
。
矩形冷冻泵仅与抽气空间接触,因而可保
证夹套能迅速冷却到热交换气(4He)的液氦
温度,而在夹套壳内仍处于~looP。压力下
。
夹套是用标准密封方法将其封闭在搬运式
氦杜瓦瓶中的,这种密封方法可使夹套平稳地
放人液氦,也可在夹套充氦的过程中将阀门调
到打开的位置上。夹套的工作容积为
50~10
cm”。它的冷却和充氦过程需花15min
,
充满氦
后能足够连续工作
2~3h
。
液氦在抽出时所产生的最大温度梯度
,
要
高于液氦的入转变温度,但不超过
4xlo一`K
/
c
m
。
通过调节氦液蒸汽的抽出量来使温度稳
定`吕’,因此,有可能在夹套的内部空间释放
出很大的功率(达O.IW),而不会明显增加所
抽出氦的温度
。
利用上述装置在很宽温度范围内获得的
忆
铝石榴石的磁化率测量结果列于文献〔9〕中
。
以测量小磁化率为例,图3示出了用钦合成蓝
宝石的磁化率与温度关系曲
线
。
参考信号
x,10一`CGSMo
m
一3
交
流
电
压源源
放大器
鉴相器
记录仪
图2磁化率
测量装置方框图
为了保证能在14~300K温度范围内测量
磁化率,需将测量仪置于杜瓦瓶套内,如图
1
所示
。
抽出充在夹套内的液氦,就可获得
1.4
~
4.2K
的温度。当向搬运式杜瓦
瓶底部按压时
,
弹簧针阀便打开,液氦经此阀被充入夹套。与
0。5
(T一1K刁)
图3沿〔0001〕轴向测得的lA:03:iT“`磁化率
与温度倒数的关系曲线
杨宗信译自
“I]T3”1331,N0
1,221”
3一5一2
2
2